【摘要】：本文通過對G4-73型離心通風(fēng)機(jī)葉輪參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化,達(dá)到提升風(fēng)機(jī)全壓和效率的目的。由于日漸成熟的數(shù)值模擬技術(shù)在解決工程問題時具有突出的優(yōu)勢,本文主要采用數(shù)值模擬方法對不同葉輪參數(shù)的風(fēng)機(jī)模型進(jìn)行研究。 在深入分析數(shù)值模擬操作過程的基礎(chǔ)上,將參數(shù)化思想應(yīng)用其中,基于VB編程語言結(jié)合FLUENT數(shù)值軟件編制了針對風(fēng)機(jī)模型的參數(shù)化數(shù)值建模平臺,它的應(yīng)用大大簡化了數(shù)值模擬過程中的幾何建模及網(wǎng)格劃分等計算前處理操作。對不同取值時的風(fēng)機(jī)葉片數(shù)、葉片出口安裝角及葉輪出口寬度等三個葉輪參數(shù)對應(yīng)的模型通過參數(shù)化平臺進(jìn)行模擬計算,對模擬得到的48組結(jié)果應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建模并用遺傳優(yōu)化算法針對風(fēng)機(jī)全壓和效率進(jìn)行多目標(biāo)優(yōu)化,對優(yōu)化后的葉輪參數(shù)進(jìn)行模擬計算以驗證優(yōu)化結(jié)果。 研究表明利用參數(shù)化思想對數(shù)值計算軟件進(jìn)行二次開發(fā)是切實可行的,它能夠有效地提高研究人員的工作效率。葉輪參數(shù)單獨變化對風(fēng)機(jī)全壓與效率的影響表現(xiàn)在:葉片數(shù)在設(shè)計值12片附近變動時,風(fēng)機(jī)全壓隨葉片數(shù)增加而增加,效率雖然也呈增加趨勢,但在葉片數(shù)大于11片后趨于平緩;葉片出口安裝角在原參數(shù)45°附近時風(fēng)機(jī)全壓與效率都能達(dá)到較高數(shù)值;葉輪出口寬度在18.3cm至19.8cm范圍時,風(fēng)機(jī)全壓與效率優(yōu)于原始葉輪模型。最終優(yōu)化得到葉片數(shù)、葉片出口安裝角和葉輪出口寬度值分別為13片、44.6°及20.25cm。對優(yōu)化后的參數(shù)模型進(jìn)行模擬,結(jié)果表明,在原風(fēng)機(jī)設(shè)計流量值附近區(qū)域,全壓與效率都有明顯提高,二者比優(yōu)化前模型分別提高2.12%和0.67%,并且葉輪與蝸殼內(nèi)的速度分布也得到改善,達(dá)到了預(yù)定的優(yōu)化目的。
【圖文】：

蝸殼寬度沿軸向掃略，進(jìn)而生成蝸殼實體；葉片部分建模：根據(jù)翼型葉片的設(shè)計尺寸在 GAMBIT 中做出各翼型特征點，再以 NURBS（非統(tǒng)一有理樣條曲線）方式進(jìn)行擬合連接成閉合區(qū)域平面，進(jìn)而生成實體，再將單個的葉片繞軸線進(jìn)行旋轉(zhuǎn)復(fù)制以生成葉片陣列；集流器部分建模：由于其軸對稱性，根據(jù)相關(guān)尺寸先做出集流器側(cè)面母線的控制點，再連接曲線，最后再繞軸線旋轉(zhuǎn)生成幾何實體；葉輪體的建模：風(fēng)機(jī)葉輪也是一個完全軸對稱的結(jié)構(gòu)，葉輪前蓋板為弧形曲面，建模時先將葉輪子午面上的葉輪前后蓋板曲線做出，連接成平面，再繞軸線旋轉(zhuǎn)成體。因?qū)嶋H蓋板材料厚度極薄，故在實體建模時忽略其材質(zhì)厚度，即在保證葉輪流道尺寸精確度的情況下，將微小的前后蓋板厚度所占居的空間歸于蝸殼體中；其余部分幾何體的建模：在建好以上幾部分主要的實體后，還需要做出簡易防渦圈和輪轂體，并以集流器進(jìn)口直徑做出 1m 長的進(jìn)口管。在蝸殼出口處，按實驗系統(tǒng)布置做出一個由矩形截面到圓形截面過渡的錐形接頭，再從圓截面上拉伸出 1m 長的出口管。各部分幾何體分別建模后，還要生成風(fēng)機(jī)實體模型，，即將其按一定的邏輯順序進(jìn)行組裝，圖 2-2 給出了組裝前后的風(fēng)機(jī)幾何模型。

進(jìn)出口管的影響際的風(fēng)機(jī)實驗系統(tǒng)中，進(jìn)出口數(shù)據(jù)如壓力等值的測量位置均在距一段距離的圓筒形風(fēng)道上，為了更真實的模擬出風(fēng)機(jī)平臺的流動風(fēng)機(jī)物理模型的建模時，分別加入了一定長度的進(jìn)口管段和出口口段為例，考查引入進(jìn)口管段對計算流場帶來的影響。計算時離邊界設(shè)置為速度入口，而一般給定入口速度時只給出一個恒定數(shù)置對實際進(jìn)口管入口是合適的，但如果忽略了進(jìn)口長管，直接給一個垂直于入口截面的恒定速度則不符合實際情況，因為氣流在到達(dá)集流器入口截面時，截面上的速度分布已經(jīng)變得不均勻，此度近似于層流下的拋物線分布。對引入進(jìn)口管段的模型進(jìn)行模擬向剖面的速度分布如圖 2-3 所示。
【學(xué)位授予單位】：華北電力大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類號】：TH432

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2578475